本發(fā)明涉及一種用于掃描應(yīng)用的有限遠(yuǎn)校正顯微鏡物鏡。本發(fā)明還涉及一種光學(xué)組件和一種具有這種物鏡的顯微鏡。最后，本發(fā)明涉及相應(yīng)物鏡的使用和用于自動掃描樣品的方法。

背景技術(shù)：

1、根據(jù)應(yīng)用領(lǐng)域，顯微鏡物鏡必須滿足各種要求。

2、從現(xiàn)有技術(shù)中已知具有高分辨率的顯微鏡物鏡。這樣的物鏡通常非常大，并且它們的使用需要專業(yè)知識。

3、us?2019/0324246、us?9746658和us?8350904涉及具有高集光率的干物鏡。us8988780、jp?2011075982和de?102011109783涉及具有高集光率的浸沒物鏡。這些物鏡是無限校正的。從us?9939622和us?8350904已知有限遠(yuǎn)校正物鏡。這些是大的和/或具有大量透鏡和/或它們的圖像質(zhì)量朝向周邊急劇下降。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的一個目的是改進(jìn)顯微鏡物鏡。特別的目的是提供一種具有簡化的設(shè)置、緊湊的設(shè)計和改進(jìn)的光學(xué)特性的有限遠(yuǎn)校正顯微鏡物鏡。

2、該目的通過根據(jù)本發(fā)明的顯微鏡物鏡來實現(xiàn)。

3、物鏡經(jīng)過了有限遠(yuǎn)的校正。這意味著它被設(shè)計用于有限遠(yuǎn)光學(xué)單元，即用于限定的管長度。特別地，物鏡在限定的有限距離處產(chǎn)生真實的中間像。

4、根據(jù)第一方面，物鏡可以被設(shè)計成使得物平面(o)和與其共軛的中間像平面(i)之間的距離(doi)不大于250mm。特別地，距離(doi)可以不大于205mm。

5、根據(jù)本發(fā)明，已經(jīng)認(rèn)識到，如果用于該目的的顯微鏡物鏡具有大視場并且同時在整個視場上提供高分辨率，則特別是對于其中檢查大的、特別是大面積的樣品的掃描應(yīng)用是有利的。

6、視場也稱為物場。

7、strehl比率可用于表征分辨率。盡管它們的復(fù)雜性降低，但是根據(jù)本發(fā)明的物鏡可以具有至少0.8，特別是至少0.85，特別是至少0.89的strehl比率。

8、特別地，物鏡可以在視場的至少50%、特別是至少70%、特別是至少90%、特別是至少95%、特別是在整個視場上具有如此高的strehl比率。

9、特別地，物鏡可以在面積至少為1平方毫米的部分視場區(qū)域上具有如此高的strehl比率。

10、這確保了大視場區(qū)域上、特別是整個視場上的高分辨率。這使得更容易將多個部分重疊的圖像組裝成鑲嵌圖像。

11、降低的復(fù)雜性特別地導(dǎo)致成本節(jié)省和系統(tǒng)魯棒性的增加。

12、特別地，物鏡可以具有小于5%、特別是小于3%、特別是小于1%的漸暈。

13、特別是在至少200nm的光譜帶寬上，特別是在400nm至800nm的范圍內(nèi)，可以對物鏡進(jìn)行復(fù)消色差校正。特別地，物鏡可以在至少200nm的光譜帶寬上，特別是在400nm至700nm的范圍內(nèi)進(jìn)行復(fù)消色差校正。特別地，物鏡可以在460nm至660nm的范圍內(nèi)進(jìn)行復(fù)消色差校正。

14、復(fù)消色差校正意味著光譜內(nèi)焦點位置相對于參考波長的最大偏差位于景深內(nèi)。

15、物鏡可以優(yōu)選地具有至少0.9、特別是至少0.95的數(shù)值孔徑。

16、根據(jù)本發(fā)明的物鏡尤其可以成本有效地制造。然而，它們導(dǎo)致光學(xué)系統(tǒng)的高魯棒性。

17、特別是對于掃描應(yīng)用，可能需要拍攝大量圖像，然后將它們組裝成鑲嵌圖像。優(yōu)選地，這是自動完成的。

18、物鏡可以特別地具有至少1mm、特別是至少1.5mm的物場直徑(dobj=2hobj)。物場直徑也稱為視場尺寸。

19、對于高吞吐量，記錄各個圖像所需的時間是關(guān)鍵因素?？偸窍Ｍ麥p少記錄各個圖像所需的時間。這導(dǎo)致更快的結(jié)果和增加的吞吐量。通常，這導(dǎo)致更低的成本。

20、影響記錄各個圖像所需時間的重要因素是光學(xué)系統(tǒng)的視場尺寸。較大的視場尺寸使得能夠在各個圖像中記錄較大的區(qū)域。因此，需要較少的幀來對大量樣品進(jìn)行成像。這導(dǎo)致減少的掃描時間和將圖像組裝成鑲嵌圖像所需的工作量的減少。

21、然而，當(dāng)擴(kuò)大視場尺寸時，物鏡在整個視場中對于所有相關(guān)波長范圍具有高分辨率是至關(guān)重要的。同時具有大視場的高分辨率的這種要求對應(yīng)于集光率的增加，特別是集光率的最大化。集光率與視場的線性尺寸(特別是直徑)的平方成比例。它也與數(shù)值孔徑(na)的平方成比例。

22、同時，特別是對于常規(guī)應(yīng)用，可能希望降低顯微鏡物鏡的復(fù)雜性。特別地，這可以導(dǎo)致成本節(jié)省。降低的復(fù)雜性特別地被理解為意指所需光學(xué)元件(特別是透鏡)的數(shù)量的減少。特別地，優(yōu)選地減少非球面透鏡的數(shù)量。已經(jīng)表明，這導(dǎo)致顯著的成本節(jié)省。

23、根據(jù)一個方面，物鏡具有最多18個光學(xué)元件，特別是最多17個光學(xué)元件，特別是最多16個光學(xué)元件。特別地，透鏡可以用作光學(xué)元件。

24、光學(xué)元件(特別是透鏡)的數(shù)量減少導(dǎo)致相當(dāng)大的成本節(jié)省。

25、光學(xué)元件可以特別地成組地布置，特別地成九組地布置。特別地，膠合元件被稱為組。

26、根據(jù)本發(fā)明的物鏡具有顯著降低的復(fù)雜性，特別是在給定集光率下具有較少數(shù)量的透鏡。由于它們的高strehl比率，它們?nèi)匀淮_保在整個視場上的高分辨率。

27、根據(jù)一個方面，物鏡可以被設(shè)計為干物鏡。這對于簡化掃描方法是有利的。

28、物鏡可以具有在0.9至1.0范圍內(nèi)的數(shù)值孔徑(na)。這導(dǎo)致特別高的分辨率。

29、物鏡可以具有不大于5°的像側(cè)上的主光線角(crai，像側(cè)主光線角)。這確保物鏡可以與標(biāo)準(zhǔn)化的數(shù)字圖像傳感器一起被使用。小的主光線角度特別是對于圖像傳感器的相對照明和效率是有利的。

30、根據(jù)另一方面，最后面光學(xué)表面與中間像平面(i)之間的距離(bfl，后焦距)可以是至少50mm，特別是至少58mm。大距離可以簡化光學(xué)系統(tǒng)的組裝。

31、根據(jù)另一方面，物鏡可以被設(shè)計成完全沒有非球面透鏡。這進(jìn)一步降低了物鏡的復(fù)雜性。這尤其導(dǎo)致成本的降低。

32、物鏡的透鏡可以由至少8種、特別是至少10種、特別是至少12種不同類型的玻璃制成。

33、已經(jīng)表明，通過適當(dāng)選擇不同類型的玻璃可以實現(xiàn)物鏡的特別好的光學(xué)性質(zhì)。

34、物鏡的光學(xué)元件，特別是透鏡，可以布置成三組g1、g2、g3。這些組中的每一個可以具有子組。

35、第一組g1可具有正屈光力。

36、第二組g2可具有正屈光力。

37、第三組g3可具有負(fù)屈光力。

38、根據(jù)另一方面，第三透鏡組g3可以具有三個子組(g31、g32和g33)。第一子組(g31)可具有正屈光力。第二子組(g32)可具有負(fù)屈光力。第三子組(g33)可具有負(fù)屈光力。

39、在這里和下面，物鏡的光學(xué)元件的順序在從物場到像場的方向上指示。關(guān)于物鏡，“前”是指面向物場的一側(cè)，并且“后”是指背離物場的一側(cè)。

40、根據(jù)另一方面，物鏡的第一透鏡組g1可以具有膠合元件，特別是膠合三元組。

41、根據(jù)另一方面，物鏡的第二透鏡組g2可以具有三個膠合元件，特別是三個膠合雙合透鏡。

42、根據(jù)另一方面，物鏡的第三透鏡組g3可以具有兩個膠合元件，特別是兩個膠合雙合透鏡g31、g33。

43、下面描述物鏡的進(jìn)一步可能的細(xì)節(jié)。

44、物鏡可以具有相對短的工作距離。特別地，以下可以適用：

45、d:?l<4.9×10-3，

46、其中d指示從蓋玻片到物鏡的最前面的透鏡表面的外圍的距離，并且l指示物場與物鏡(在光束的方向上)的最后面的透鏡表面的頂點之間的總距離。

47、物鏡的工作距離也可以滿足以下條件：

48、d0:?l<9×10-3，

49、其中d0表示從物場到最前面的透鏡表面的頂點的距離。

50、如果從光軸上的物體發(fā)出的光線到光軸的最大距離在第三透鏡組g3的三個子組g31、g32和g33中被定義為h1、h2和h3，則這些參數(shù)可以特別地滿足以下不等式：

51、1.1<h1:h2<1.8，和/或

52、1.2<h2:h3<1.6。

53、本發(fā)明的另一個目的是改進(jìn)顯微鏡，特別是用于掃描應(yīng)用，特別是用于光學(xué)測繪。

54、該目的通過具有根據(jù)前述描述的物鏡的顯微鏡來實現(xiàn)。優(yōu)點從前面的描述中顯而易見。

55、顯微鏡可以包括自動掃描裝置。掃描裝置可以實現(xiàn)樣品的一維(線性)位移、樣品的二維位移或樣品的三維位移。除了線性位移外，掃描裝置還可以具有一個、兩個或三個旋轉(zhuǎn)自由度。這使得可以非常靈活地布置樣品，特別是使它們移位。

56、掃描裝置可以包括圖像獲取裝置，特別是數(shù)字圖像獲取裝置，特別是數(shù)碼相機。

57、掃描裝置可以包括圖像處理裝置。特別地，后者可以實現(xiàn)自動化處理。特別地，這簡化了將幀拼接成鑲嵌圖像。

58、上述顯微鏡物鏡特別有利于在掃描應(yīng)用中使用，特別是用于光學(xué)映射。特別地，顯微鏡物鏡簡化了大型(特別是大面積)樣品的自動掃描。

59、本發(fā)明的另一個目的是改進(jìn)一種用于自動掃描樣品的方法。該目的通過包括以下步驟的方法實現(xiàn)：

60、-提供根據(jù)前述描述的顯微鏡，

61、-提供待檢查的樣品，

62、-獲取所述樣品的不同部分的至少兩個圖像，其中所述部分具有重疊區(qū)域，以及

63、-將所述圖像組裝成鑲嵌圖像。

64、特別地，該方法可以是光學(xué)映射方法。

65、在組裝圖像之前，可以使用圖像處理算法對它們進(jìn)行分析和/或處理。這可以簡化和/或改善圖像的組裝。

66、還可以在使用圖像處理算法組裝圖像之后分析和/或處理組裝的鑲嵌圖像。這可以進(jìn)一步提高質(zhì)量。

67、為了記錄樣品的不同部分的圖像，樣品可以線性地、二維地或三維地移位。樣品可以特別地逐步移位。

68、特別地，樣品的位移和樣品的不同部分的連續(xù)圖像的記錄可以是自動化的。